JPS5948795B2 - マスクレスイオン注入装置 - Google Patents

マスクレスイオン注入装置

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JPS5948795B2
JPS5948795B2 JP10539882A JP10539882A JPS5948795B2 JP S5948795 B2 JPS5948795 B2 JP S5948795B2 JP 10539882 A JP10539882 A JP 10539882A JP 10539882 A JP10539882 A JP 10539882A JP S5948795 B2 JPS5948795 B2 JP S5948795B2
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JP
Japan
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ion
ions
conductivity type
substrate
ion beam
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Expired
Application number
JP10539882A
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JPS58223699A (ja
Inventor
栄三 宮内
恒男 古谷
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • H01J37/3171Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation
    • H01J37/3172Maskless patterned ion implantation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は加速エネルギーで半導体結晶基板へ直接イオ
ンを注入するマスクレスイオン注入装置に関する。
ガリウム砒素等の半導体基板結晶にレーザ、発光ダイオ
ード、光検知器等の光デバイス、バイポーラトランジス
タ、電界効果型トランジスタを形成する場合、p型、n
型又は双方の不純物イオンの注入が必要であり、当然の
ことながらイオン注入工程ではイオン源の取り替え、マ
スクの位置合せ等煩雑な作業の繰返しが行われる。
一方、最近提案されているサブミクロンのオーダで収束
されたイオンビームを用いるマスクレスイオン注入方法
ではハードウェア上の変更を無くし、すべてソフトウェ
アでプロセスを制御することが可能と考えられる。しか
しいずれのイオン注入方法に於ても工程の途中でイオン
源を交換するような場合はイオン発生部とイオン加速収
束系、イオン偏向電極系の間に厳しい精度で軸合せを行
う必要がある。
更に、サブミクロン以上の精度にて既にイオン注入した
パターンの上に重ねて第2のイオン注入を行う場合、イ
オン源の交換でイオン発生部の位置が少しでも動くと、
位置の調整に大変手間を取ることになる。従つて、単一
のイオン発生部よりp型及びn型の不純物イオンが発生
できれば殆どの集積回路デバイス作成工程中でハードウ
ェアの変更、調整を行うことなく、ソフトウェアの制御
のみで同一基板に高集積化された信頼度の高い電子デバ
イスの製造が容易に可能となる。
この発明の目的は単一のイオン発生部よりp型及びn型
の不純物イオンを発生させて、各種の集積回路デバイス
を半導体基板の所定の位置にミクロンのオーダで制御し
て形成させることのできるマスクレスイオン注入装置を
提供するものであつて、以下本発明を図示の実施例を参
照して説明する。
第1図は本発明によるマスクレスイオン注入装置の概略
構成を示し、1は電界放出型イオン発生部であつて、エ
ミッタチップ2の先端には直径1μm以下の放射面を備
えている。
イオン発生部1にはn型、p型の不純物イオンを作るた
めの共晶合金をイオン源として装填する。本発明に於て
この共晶合金としては基板結晶にp型領域を形成する不
純物とn型領域を形成する不純物に母体金属として金(
Au)、白金(Pt)等を加えた三元合金を用いる。上
述の共晶合金を構成する不純物と母体金属の種類、混合
比率等は注入する半導体基板結晶の種類、基板に形成す
るデバイス、イオン発生部の構造等により決定され、基
板結晶がガリウム砒素の如き一族化合物半導体の場合は
Au−Be−Si合金を用いることができ、その混合比
率を91:3:6とすると融点400℃〜600℃の共
晶合金が形成する。
また基板結晶がシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge
)の如く族単体半導体の場合は母体金属として白金、p
型不純物としてポロン、n型不純物として砒素を用いた
Pt−B−As共晶合金が用い得る。上述の如き、三元
の共晶合金をイオン源としてイオン発生部1に装填し、
制御回路3よりの指令信号により所定の電圧を印加する
と、合金は溶融し、液体金属イオンとなり、イオン発生
部1の放射面より複数元素の混合したイオンビーム10
が発射され、前絞収束系4を通つて質量分離器5へ導か
れる。
質量分離器5は電磁界を用いた公知のものが用い得、制
御回路3よりの信号で複数元素の混合イオンより必要な
イオン、即ち、n型イオンまたはp型イオンのみを選択
的に分離、放射する。このようにして分離、放射された
一方の導電型のイオンビーム11はイオン収束系6で所
定の値に収束され、制御回路3より所定の信号を偏向電
極7へ加えると、通過するイオンビームはそれに従つて
半導体基板8の所定の位置にイオンを注入し、パターン
の描画を行う。本発明に於ては上述の如く、イオン発生
部として電界放出型構造のものを用い、イオン放射面の
径が1μm以下であるためサブミクロンの微細収束イオ
ンビームが半導体基板上に形成し、マスクを用いないで
直接自由なイオン注入描画を行う、いわゆるマスクレス
イオン注入が可能となる。
上述の如く、第1導電型のイオンにて半導体基板に所定
のパターンの注入描画が完了したら、次に第2導電型の
イオンを注入して所定のパターンを描画するのであるが
、第1導電型イオンのパターンは直径が1μm或はそれ
以下のイオンビームで描かれているため、第1導電型イ
オンによるパターンと第2導電型イオンによつて描画さ
れるパターンの相対的な位置をサブミクロン以下の精度
で制御する必要がある。従つて第1導電型イオンの半導
体基板上のパターンの形成位置を認識、記録し、その情
報に基いて次の第2導電型イオンによるパターンを描け
ば上述の二つのパターンの位置合せはサブミクロン以下
の精度で行えることになる。このため、本発明に於ては
第1導電型イオンで所定のパターンを半導体基板に描画
した後、制御回路3より質量分離器5へ信号を送り、第
2導電型イオンのみを選択的に分離するように切換える
しかる後、制御回路3よりの指令信号によりイオン発生
部1へ通常のイオンを注入する場合より可成り低いエネ
ルギーを放出し、スパツタリング効果を上げるような電
圧を印加する。その結果加速エネルギーが制御された複
数元素の混合イオンビームがイオン発生部1より発射さ
れ、質量分離器5で第2導電型イオンのみに分離、放射
され、この第2導電型のイオンビームはイオン収束系6
、偏向電極7を経て半導体基板8を照射するが、エネル
ギーが制御されているためイオンは半導体内部へは注入
されない。この時制御回路3より偏向電極7へは通過す
るイオンビームが半導体基板面を順次走査するような信
号を送る。従つて、第2図に示す如く、第2導電型のイ
オンビームは半導体表面を端より順次走査をはじめ、半
導体表面の第1導電型イオンによりパターンが形成され
ている領域13では第1、第2導電型イオンが放出され
ることになり、第1導電型イオンが注入されていない領
域では第2導電型イオンと半導体結晶基板8を構成して
いる元素イオンが放出されることになり、従つて、放出
されるイオンをイオン検出器9にて検出し、イオンの種
類を判別することにより、その位置が第1イオンを注入
されたか否かを容易に判別でき、その時の半導体基板の
位置とを制御回路の記憶部で記憶することにより、半導
体基板表面に第1次導電型イオンが注入された部分のパ
ターン13が正確に認識、記憶される。次に、制御回路
の指令でイオン発生部1にイオン注入を行うような加速
エネルギーを発生する電圧を印加し、第2導電型イオン
を第1導電型イオンの注入パターンを基に半導体基板へ
打ち込み、所定のパターンを描画する。上記の説明で明
らかなように、本発明によるイオン注入装置では一つの
イオン発生部によつてイオン源を交換することなく、n
型、p型任意の不純物イオンを収束された状態で半導体
基板に注入することができ、更に先に注入したイオンに
よるパターンを正確に認識してから、その認識したパタ
ーンを基に次のイオンの注入を行うのであるから、第2
のイオンビームによるパターン描画が極めて迅速且つ高
精度に行え、高集積化された信頼度の高い集積回路デバ
イスが容易に製造される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のイオン注入装置の一実施例を示す概略
構成図、第2図は半導体基板のイオン注入領域の検出状
態を示す説明図である。 図中、1はイオン発生部、3は制御回路、5は質量分離
器、8は半導体基板、9はイオン検出器を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 第1導電型イオンと第2導電型イオンの収束混合イ
    オンビームを発射するイオン発生部と、イオン発生部よ
    り発射した混合イオンビームより任意の一方のイオンビ
    ームに選択的に分離する質量分離器と、該質量分離器で
    選択された一方のイオンビームの半導体基板への照射位
    置を制御する偏向電極と、該半導体基板にイオンビーム
    を照射して基板より放出されるイオンを検出するイオン
    検出器と、該イオンビーム発生部、質量分離器、偏向電
    極及びイオン検出器を駆動、制御する制御手段とから成
    り、第1導電型イオンを半導体基板へ注入した後に第2
    導電型イオンビームで基板を走査して第1導電型イオン
    の注入パターンを認識しその認識パターンに基いて第2
    導電型イオンを基板の所定の位置に注入することを特徴
    とするマスクレスイオン注入装置。
JP10539882A 1982-06-21 1982-06-21 マスクレスイオン注入装置 Expired JPS5948795B2 (ja)

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JPS58223699A JPS58223699A (ja) 1983-12-26
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